声表面波跨越式输运数字微流体

研究了声表面波实现数字微流体在压电基片上跨越障碍物的方法。在128°-YX-LiNbO3压电基片上采用微电子工艺制作了中心频率为25.5 MHz的叉指换能器和反射栅,在声传播路径上涂覆Teflon AF 1600疏水薄膜,聚二甲基硅氧烷垫块贴合于压电基片上。经功率放大器放大的射频信号加于叉指换能器激发声表面波,并作用在声路径上的数字微流体,在其内产生声流,当瞬间减少射频信号功率,部分液体因惯性力大于表面张力而飞离微流体,跃过聚二甲基硅氧烷障碍物,实现在压电基片上跨跃障碍输运。采用油包红色染料溶液微流体进行了实验,结果表明,当射频信号功率从12.3 dBm瞬间下降到-3.98 dBm时,油包红色染料溶液微流体可跃过高度1 mm的障碍物。     

基于声表面波微流转换微器件研究

提出了压电基片上液滴转换为微通道内微流体的方法。在128°YX-LiNbO3基片上采用微电子工艺制作两叉指换能器,软光刻工艺制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微通道,镂空印刷电路板,内嵌压电子器件和微通道。两叉指换能器激发声表面波控制液滴与带细孔钢针的接触时间,实现一定量的微流转换。当两叉指换能器上电信号切换时间为9.667s,水微流体输运速度为0.365μL/s时,微流转换量为3.525μL。     

基于声表面波技术数字微流体微混合器研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微混合器.它由压电基片上叉指换能器和反射栅组成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,它激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波驱动微流体,使其与同一路径上的另一微流体合并,在反射栅反射回的声表面波共同作用下,加速微流体内分子扩散运动,提高了微流体混合效率.采用1 μL的水和1 μL红墨水以及1 μL的红墨水和1 μL甘油各自进行混合实验,结果表明:在声表面波作用下,微混合器能快速混合微流体.为片上实验室提供了廉价、易集成的微混合单元,具有潜在的应用价值.     

基于声表面波微通道内微液滴选择性输运研究

提出了声表面波实现微通道内微液滴选择性输运的方法,并研制了相应的微器件。它包括128°YXLiNbO3基片上光刻有两叉指换能器的压电子器件、微隔板和聚二甲基硅氧烷微通道。通过软光刻工艺制作聚二甲基硅氧烷微通道,采用内嵌塑料薄片微隔板,将微通道分割为两分支微通道,并贴合于压电基片上。叉指换能器激发的声表面波结合进样器进样的石蜡油驱使待输运微液滴向目标分支微通道运动,实现微通道内微液滴选择性地输运到目标分支微通道。以水液滴为研究对象,进行了微液滴选择性输运实验,结果表明,声表面波可以实现微通道内微液滴选择性输运到目标分支微通道,从而为压电微流器件进行微流分析提供前提条件。     

基于声表面波技术的数字微流体微加热器研究

设计了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微加热器。它由压电基片上两个叉指换能器构成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,其激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波,并辐射入微流体达到加温效果。停止加电信号后,微流体能量向外界辐射迅速降温。采用2μL的甘油微液滴进行升温实验,结果表明:微流体温度变化由外加电信号强度和持续时间决定,在电信号强度为19V时,微流体的温度上升速率为1.5℃/s,与理论6.2℃/s结果基本相符。     

基于声表面波技术实现微流体数字化

微流体的数字化是压电微流控芯片进行微流分析的前提,提出了采用声表面波(SAW)实现微流体数 字化的方法.在128°YX-LiNbO3基片上研制了中心频率为27.7 MHz的叉指换能器,在压电基片上方固定一细针,它经由Teflon软管与注射泵相连,注射泵提供恒定流量的微流体到达细针孔端并聚集,当聚集的微流体高度达到细针孔端与压电基片间距时,叉指换能器激发的声表面波驱动微流体实现微流体数字化.提出了计算细针孔端与压电基片间距的方法和微流体实现数字化的条件.以水为实验对象进行数字化实验,结果表明,声表面波作用下能实现微流体数字化,为压电微流控芯片提供了一种新的微流体引入方法.     

基于声表面波纸基微流器件研究

研制了压电基片上能实现样品前处理的纸基微流器件.在128°YX-LiNbO3基片上制作了1个叉指换能器和1个反射栅;亲水性纸用来制作微流器件的微通道,浸有指示剂滤纸作为微反应器,一同粘附于透明胶带上,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)贴合于压电基片上.叉指换能器激发的声表面波驱动压电基片上的样品,使其输运到纸基微通道,并在纸基微反应器进行微流分析.在研制的纸基微流器件上实现了NO2-浓度的快速检测.     

聚二甲基硅氧烷薄膜对声表面波传播特性影响

研究了压电基片上聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜对声表面波(SAW)传播特性影响。在128°YXLiNbO3压电基片上光刻叉指换能器(IDT),其声传播路径上涂覆PDMS薄膜,IDT激发的SAW加热PDMS薄膜上石蜡油微流体,并测量不同PDMS薄膜厚度时石蜡油微流体的温度,进而计算薄膜对SAW的衰减量。实验结果和理论计算表明,压电基片上涂覆PDMS薄膜将衰减辐射入石蜡油微流体的声表面波强度,衰减幅度随基片上PDMS薄膜厚度的增加而增加。当压电基片上涂覆的PDMS薄膜厚度为100μm和150μm时,薄膜对SAW衰减量分别为23.3%和36.0%。     

基于声表面波形状记忆合金微阀研究

研制了一种声表面波控制的形状记忆合金微阀。在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器,其激发的声表面波加热压电基片上石蜡油,使弯曲的形状记忆合金线伸展,促使与其连接的聚二甲基硅氧烷微通道壁发生形变,截止微通道,实现微阀从开态向关态转变。撤除电信号,形状记忆合金线温度下降,恢复软性,在硬质塑料薄片的恢复力作用下,微阀重新由关态转为开态。以流体输运为实验对象进行微阀开关实验,结果表明,声表面波可有效控制形状记忆合金微阀的开关操作,在28.5dBm电信号功率作用下,微阀关闭时间为40.4s。     

基于声表面波技术实现微通道内微流体的融合

提出了一种新的油相微通道内微流体融合方法.在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器(IDT)和反射栅,模塑法制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微通道贴合于压电基片的声路径上,在PDMS微通道内采用微量进样器注入石蜡油和待融合微流体.经功率放大器放大后的射频(RF)电信号加到IDT上,激发声表面波(SAW),驱动微通道内的待融合微流体,实现其融合.实验结果表明,在SAW作用下,微通道内微流体的融合决定于加到IDT上RF信号功率、待融合微流体直径和待融合微流体间距.     

基于声表面波油包水微液滴分裂研究

提出了声表面波(SAW)实现油包水微液滴的分裂方法,并在128°YX-LiNbO3基片上研制了分裂油包水微液滴的微器件。在压电基片上采用微电子工艺制作叉指换能器,其激发的SAW部分作用于油包水微液滴,瞬间降低电信号幅度,油相内水微液滴在惯性力作用下发生分裂,油相微液滴由于较大的表面张力发生形变而不分裂。以石蜡油包裹蓝色水相微液滴为研究对象,进行了油包水微液滴分裂实验和理论分析,结果表明,当电信号从功率为12.3dBm瞬间关断时,可实现油相内水微液滴分裂。     

基于声表面波热膨胀微阀研究

研制了一种新的声表面波控制开关的微阀。在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器,其激发的声表面波加热微槽内石蜡油,熔融其上方微腔内固体石蜡,石蜡由于相变化而体积膨胀,使得微腔顶部的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜发生形变,微阀由开态转变为关态。红色染料溶液微流体为实验对象进行微阀操作实验,结果表明,声表面波可有效实现微阀的控制,且微阀开关时间随所加电信号功率增加而减少,在32dBm电信号功率作用下,微阀关闭时间为3min。     

基于声表面波的微型液滴雾化器技术

采用微细加工技术在127.8°YX型LiNbO3压电基底上制造出周期为400μm的铜叉指结构的微型雾化器。该雾化器利用声表面波(SAW)对液滴表面产生的表面张力波作用实现对液滴的雾化。对叉指结构(IDT)周期长度的确定和器件的制作工艺进行了详细说明。利用对液滴驱动速度的测定得出了该雾化器的实际中心频率,并指出实际中心频率与理论值存在差异的原因。得出雾化微粒直径与叉指结构周期之间的关系,并计算得出在施加驱动频率为10.1MHz、功率为24W的电信号时,其雾化颗粒直径为2.61μm,雾化速度达到了1μL/s。     

圆柱型涂层/基底系统中的激光超声表面波

为了分析圆柱型涂层/基底系统中声表面波的特点及其传播特性,以热弹激发机理为基础建立了脉冲激光在圆柱型涂层/基底系统中激发超声表面波的有限元程序。在此基础上,计算了激光在铝(涂层)/镍(基底)和镍(涂层)/铝(基底)系统中激发的超声表面波波形,它们分别对应了硬涂层系统和软涂层系统。结果表明,圆柱型涂层/基底系统中的超声表面波是色散的,并且其色散特性由弯曲柱面引起的几何色散和涂层/基底系统引起的色散共同决定,这使得圆柱型涂层系统中色散特性远比板状涂层系统杂,不存在简单的正常和反常色散规律。     

基于COMSOL的声表面波标签仿真

以有限元法为基础,利用有限元软件COMSOL对声表面波标签进行仿真。声表面波标签的基片材料为铌酸锂压电单晶,叉指换能器与反射栅采用金属铝电极。通过频率特性仿真,提取了标签的谐振频率和反谐振频率,分析了叉指换能器金属电极对谐振频率的影响,获得了标签的幅频特性曲线。通过回波特性仿真,研究了不同反射栅编码对应的回波脉冲,分析了反射栅金属电极对回波脉冲的影响。     

声表面波延迟线的优化设计

在现代雷达和通信系统中,声表面波延迟线是应用非常广泛的器件,与此同时,对该器件的技术要求也越发严格,以至于常规的声表面波延迟线很难满足。介绍了4种声表面波延迟线的优化设计方法,克服了传统延迟线受器件尺寸和基片材料长度、相对带宽及多路延迟的限制,满足了雷达、通信等电子设备中对电信号的长延迟需求,为声表面波延迟线设计提供了参考。     

基于PDMS基片的回音壁模式光纤激光器

介绍了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的回音壁模式(WGM)光纤激光器。激光器主要由多模石英光纤、塑料楔形光纤、激光染料溶液、玻璃基底和PDMS基片构成。将一根直径为279μm的石英裸光纤和一根直径为200μm的塑料楔形光纤耦合后固定在一块长和宽分别为2cm和1cm的玻璃基底上,在玻璃基底上浇注PDMS溶液后再经烘干形成厚度约为400μm的柔性PDMS基片。在基片上石英光纤与楔形光纤的耦合位置处刻出一个长为0.4cm,宽和高均为400μm的光纤沟道,在沟道中填入诺丹明6G的乙醇溶液并用另外一块玻璃基片封装后构成基于PDMS基片的回音壁模式光纤激光器芯片。采用沿石英光纤轴向消逝波光抽运方式,在PDMS芯片上实现了抽运能量为8.5μJ的低阈值的回音壁模式激光定向输出。